Астрофизика

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај

Астрофизика — гранка од астрономијата која употребува физички и хемиски принципи со цел да ја определи природата на небесните тела наместо нивните положби или движења во вселената[1][2]. Телата кои се изучуваат се Сонцето, други ѕвезди, галаксии, егзопланети, меѓуѕвездената средина и космичкото микробраново зрачење[3][4].Нивното оддавање на енергија се разгледува во сите делови од електромагнетниот спектар, а меѓу својствата кои се испитуваат, се вклучени: сјајноста, густината, температурата и хемискиот состав. Бидејќи астрофизиката е обемна наука, астрофизичарите типично применуваат многу дисциплини од физиката, вклучувајќи механика, електромагнетизам, статистичка механика, термодинамика, квантна механика, нуклеарна и честична физика, и атомска и молекуларна физика.

Во пракса, во современата астрономија често се користи теориска и набљудувачка физика. Астрофизичарите се обидуваат да ги утврдат својствата на црната материја, црната енергија и црните дупки; дали е возможно да се патува низ времето, црвоточини, дали мултиверзумот постои; потеклото и крајот на универзумот [3]. Теми кои исто така се разлгледувани од астрофизичките теоретичари се: создавање и развој на Сончевиот систем; ѕвездена динамика и развој, создавање и развој на галаксии; магнетохидродинамика; структура од материја со големи размери во универзумот;  потеклото на космичките зраци, општа релативност и физичката космологија, вклучувајќи струнска космологија и астрочестична физика.

Астрофизиката може да студира на додипломско, магистарско и докторско ниво во оделите за физика и хемија на многу универзитети.

Историја[уреди | уреди извор]

Споредба на елементални, сончеви и ѕвездени спектри во XX век

Иако астрономијата е стара колку пишаната историја, таа долго време е оделена од терестријалната физика. Според Аристотел, телата на небото се неменливи сфери чии што единствени движења се непроменливи движења на топка, додека земниот свет е подложен на раст и распаѓање а природното движење е по права линија и завршува кога објектот во движење ќе стигне до целта. Од тоа произлегува идејата дека вселената е направена од целосно различен вид на материјата од таа што може да се најде на земјата, оган според Платон, или етер според Аристотел[5][6]. Од XVII век, природните филозофи како Галилео[7] Декарт[8] и Њутон[9] тврдат дека небеските и земните области се направени од слични видови материјали и се подложни на истите природни закони[10] . Но, во тој период не биле осмислени потребните уреди за да ги докажат своите убедувања[11].

Во голем дел од XIX век, асторномските истражувања биле сосредоточени на рутинската работа од пресметување на позицијата и пресметување на движењето на астрономските објекти[12][13]. Нов вид на асторономија, подоцна наречена астрофизика, започнува кога Вилијам Хајд Воластон и Јозеф фон Фраунхофер, одделно забележуваат дека, кога се разложува светлината од Сонцето, можат да се забележаат множество од темни линии (области каде има помалку или нема светлина) во спектарот[14]. До 1860 година физичарот, Густав Кирхоф, и хемичарот, Роберт Бунсен, покажале дека темните линии во сончевиот спектар одговараат на светлите линии во спектарот на познатите гасови, специфичните линии одговараат на поединечните хемиски елементи[15]. Од ова Кирхоф заклучува дека темните линии во сончевиот спектар се предизвикани од апсорбицијата на хемиските елементи во Сончевата атмосфера[16]. На овој начин докажано е дека истите хемиски елементи кои можат да се најдат во Сонцето и ѕвездите, можат исто така да се најдат на Земјата.

 Помеѓу тие што го надоградиле изучувањето на науката за сончевите и ѕвездените спектри е Норман Локер, кој во 1868 година открил светли и темни линии во сончевиот спектар. Работејќи со хемичарот, Едвард Франкланд, ги проучувале спектрите на елементите на различни температури и притисоци, тој не можел да ja објасни жолтата линија на сончевиот спектар со ниеден познат елемент. На тој начин бил откриен нов елемент, кој го нарекол хелиум, по грчкиот бог Хелиос, олицетворението на Сонцето[17][18].

Во 1885 година, Едвард Пикеринг започна абициозна програма за ѕвезедна спектрална класификација во Харвардската опсерваторија, во кој тим од жени компјутери, особено Вилијамина Флеминг, Антонија Мори и Ени Џамп Канон, ги класифицирале спектрите забележани во фотографските плочи. До 1890, бил подготвен каталог на повеќе од 10000 ѕвезди групирани во тринаесет спектрални видови. Следејќи ја визијата на Пикеринг, до 1924 Канон го проширила каталогот на девет тома со повеќе од половина милиони ѕвезди, развивајќи ја шемата на Харвард за класификацијата која била прифатена за светска употреба во 1922 година[19].

Во 1895 година, Џорџ Елери Хејл и Џејмс Килер, заедно со група од 10 соработнициод Европа и САД,[20] го воспоставиле The Astrophysical Journal: An International Review of Spectroscopy and Astronomical Physics.[21] Намерата била да се пополни празнината која постоела меѓу физиката и астрономијата, со што се обезбедил збиер на објавени статии за астрономската примена на спектроскопите, во лабораториските истражувања кои се блиски со астрономската физика, вклучувајќи ги тука и определувањето на брановите должини на спектрите на металите и гасовите и екпериментите поврзани со впивањето, теориите за Сонцето, Месечината, планетите, кометите, метеорите и маглините и кај инструментите кај телескопите и лабораториите.[20]

Во 1925 година Сесилија Хелена Пејн (подоцна Сесилија Пејн-Гаспошкин) напишала значаен докторски труд во колеџот Редклиф, во кој таа ја користела јонизациската теорија за ѕвездената атмосфера за да се поврзат со спектралните класи на температурата на ѕвездите[22]. Најважно е дека таа открила дека водородот и хелиумот се основните гасови присутни во ѕвездите. Ова отркитие е толку неочекувано така што читателите на трудот ја поттикнале да го измени заклучокот пред објавувањетп. Сепак подоцнежните истражувања го потврдиле нејзиното откритие[23].

До крајот на XX век, понатамошно истражување на ѕвездените и експерименталните спектарии напреднале, како резултат на појавата на квантна физика[24].

Набљудувачка астрофизика[уреди | уреди извор]

Остаток од супернова LMC N 63A сликана преку ренгенски (сини), оптички (зелени) и радио (црвени) бранови должини. Рендгенското светење е од материја затоплена на околу десет милион целзиусови степени од шок бран генериран од експлозијата на суперновата.

Набљудувачката астрономија е дел од астрономската наука кој се занимава со забележување на податоци, за разлика од теориската астрофизика, што главно се занимава со наоѓање на мерливите дејства на физичките модели. Тоа е наука за набљудување на небесните тела користејќи телескопи и други астрономски уреди.

            Повеќето астрофизички набљудувања се прават користејќи го електромагнетниот спектар:

            Покрај електромагнетното зрачење, мал број на тела може да се набљудуваат на Земјата на големи далечини. Изградени се неколу опсерватории за гравитационите бранови, но многу е тешко да се забележат. Исто така постојат и нутрински опсерватории, чија главна цел е да го проучуваат Сонцето. Космичните зраци се составени од високоенергетски честички кои можат да се набљудуваат при судирањето со Земјината атмосфера.

Набљудувањата се разликуваат и според временскиот период. Повеќето оптички набљудувања траат минути или часови, па така појавата што се менува побрзо не може да биде забележана. Но, историските податоци за некои тела се достапни, опфаќајќи векови или милениуми. Од друга страна, радионабљудувањата можат да разгледуваат настани во милисекундни временски периоди (милисекундни пулсари) или кобинираат години на податоци (истражување за забавувањето на пулсарите). Информациите добиени од овие различни временски периоди се со големи разлики.

Истражувањето на нашето Сонце има посебно место во набљудувачката астрофизика. Поради големата оддалеченост од другите ѕвезди, Сонцето може да се набљудува во неспоредлива деталност. Истражувањето на Сонцето служи како водич за разбирањето на другите ѕвезди. 

Темата за тоа како ѕвездите се менуваат или ѕвездениот развој, е честоопати моделирана поставувајќи различни типови на ѕвезди во соодветните подрачја нав Херцшпрунг-Раселовиот дијаграм, на кој може да се види развојот на ѕвездите, од создавањето до нивното уништување.

Теориска астрофизика[уреди | уреди извор]

Линиите од оваа симулација на супернова го покажуваат движењето на материја после шоковиот бран покажувајќи можности за потеклото на пулсарите

Теориската астрофизика употребува најразлични алатки кои вклучуваат аналитички модели (Пример, политропи за точно определување на однесувањето на ѕвездите) и пресметковни нумерички симулации. Секое метод си има свои предности. Аналитичките модели се подобри за увид во внатрешноста на ѕвездите. Нумерички модели можат да го откријат постоењето на појави и ефекти кои на друг начин не би биле видени[25][26].

Теоритичарите во астрофизиката се обидуваат да создадат теориски модели и да ги откријат последици набљудувани кај тие модели. Ова им дозволува на набљудувачите да најдат податоци кои би го побиле моделот или помага во изборот меѓу повеќето постоечки противречни модели.

Теоретичарите исто така се обидуваат да создадат или изменат модел кој ги зема во предвид најновите податоци. Во случај на недоследност, главно се обидуваат да направат минимална промена на моделот за да се совпадне со податоците. Во некои случаи, при многу недоследни податоци може да се напушти моделот.

Темите проучувани од теориските астрофизичари се: ѕвездена динамика и развој; создавање и развој на галаксии; магнетохидродинамика; структури од материја со големи размери во универзумот;  потеклото на космичките зраци; општата релативност и физичката космологија, вклучувајќи ја и струнската космологија и честичната астрофизика. Асторфизичката релативност служи како алатка за мерење на својствата на структурите со големи размери за кои гравитацијата има важна улога во истражувањето на физичките појави и како основа за проучувањето на црните дупки и гравитационите бранови.

Меѓу некои пошироко проучени и прифатени модели и теории во астрофизика се: моделот Ламбда-CDM и големата експлозија, космичката инфлација, црната материја, црната енергија и основните теории на физиката. Црвјите дупки се пример за хипотеза која се уште не е докажана (или негирана).

Популаризација[уреди | уреди извор]

Корените на астрофизиката може да се најдат во XVII век со појавата на унифицираната физика, во која истите правила важат за небесните и земските тела[10] . Научници кои биле запознаени со физиката и астрономијата поставиле цврсти основи на науката денес позната како астрофизика. Современо, младите студенти се привлекувани од оваа наука главно заради популаризацијата од Кралското астрономско друштво и значајните професори Субраманијан Чандрасекар, Стивен Хокинг, Хјуберт Ривс, Карл Сејган, Нил Деграс Тајсон и други. Напорите на старите, средновековните и сегашните научници уште ги привлекуваат младите луѓе да ја учат историјата на науката и астрофизиката[27][28][29]

Поврзано[уреди | уреди извор]

Портал „Астрономија

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. Keeler, James E. (November 1897), "The Importance of Astrophysical Research and the Relation of Astrophysics to the Other Physical Sciences", The Astrophysical Journal 6 (4): 271–288, Bibcode:1897ApJ.....6..271K, doi:10.1086/140401, [Astrophysics] is closely allied on the one hand to astronomy, of which it may properly be classed as a branch, and on the other hand to chemistry and physics.… It seeks to ascertain the nature of the heavenly bodies, rather than their positions or motions in space–what they are, rather than where they are.… That which is perhaps most characteristic of astrophysics is the special prominence which it gives to the study of radiation. 
  2. „astrophysics“. Merriam-Webster, Incorporated. архивирано од оригиналот на 10 јуни 2011. https://web.archive.org/web/20110610085146/http://www.merriam-webster.com/dictionary/astrophysics. конс. 22 мај 2011 г. 
  3. 3,0 3,1 „Focus Areas - NASA Science“. nasa.gov. http://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/. 
  4. „astronomy“. Encyclopedia Britannica. http://www.britannica.com/EBchecked/topic/40047/astronomy. 
  5. Lloyd, G.E.R. (1968). Aristotle: The Growth and Structure of His Thought. Cambridge: Cambridge University Press. стр. 134–5. ISBN 0-521-09456-9. 
  6. Cornford, Francis MacDonald (c. 1957) [1937]. Plato's Cosmology: The Timaeus of Plato translated, with a running commentary. Indianapolis: Bobbs Merrill Co. стр. 118. 
  7. Galilei, Galileo (1989), Van Helden, Albert, уред., Sidereus Nuncius or The Sidereal Messenger, Chicago: University of Chicago Press, стр. 21, 47, ISBN 0-226-27903-0 
  8. Edward Slowik (2013). „Descartes' Physics“. Stanford Encyclopedia of Philosophy. http://plato.stanford.edu/entries/descartes-physics/. конс. 18 јули 2015 г. 
  9. Westfall, Richard S. (1980), Never at Rest: A Biography of Isaac Newton, Cambridge: Cambridge University Press, стр. 731–732, ISBN 0-521-27435-4 
  10. 10,0 10,1 Burtt, Edwin Arthur (2003). „The Metaphysical Foundations of Modern Science“. Dover Publications. стр. 30, 41, 241–2. https://books.google.com/books/about/The_Metaphysical_Foundations_of_Modern_S.html?id=G9WBMa1Rz_kC. 
  11. Ladislav Kvasz (2013). Galileo, Descartes, and Newton – Founders of the Language of Physics. Institute of Philosophy, Academy of Sciences of the Czech Republic. http://www.physics.sk/aps/pubs/2012/aps-12-06/aps-12-06.pdf. конс. 18 јули 2015 г. 
  12. Case, Stephen (2015), "'Land-marks of the universe': John Herschel against the background of positional astronomy", Annals of Science 72 (4): 417–434, doi:10.1080/00033790.2015.1034588, The great majority of astronomers working in the early nineteenth century were not interested in stars as physical objects. Far from being bodies with physical properties to be investigated, the stars were seen as markers measured in order to construct an accurate, detailed and precise background against which solar, lunar and planetary motions could be charted, primarily for terrestrial applications. 
  13. Donnelly, Kevin (September 2014), "On the boredom of science: positional astronomy in the nineteenth century", The British Journal for the History of Science 47 (3): 479–503, doi:10.1017/S0007087413000915 
  14. Hearnshaw, J.B. (1986). The analysis of starlight. Cambridge: Cambridge University Press. стр. 23–29. ISBN 0-521-39916-5. 
  15. Kirchhoff, Gustav (1860), "Ueber die Fraunhofer'schen Linien", Annalen der Physik 185 (1): 148–150, Bibcode:1860AnP...185..148K, doi:10.1002/andp.18601850115 
  16. Kirchhoff, Gustav (1860), "Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme und Licht", Annalen der Physik 185 (2): 275–301, Bibcode:1860AnP...185..275K, doi:10.1002/andp.18601850205 
  17. Cortie, A. L. (1921), "Sir Norman Lockyer, 1836 – 1920", The Astrophysical Journal 53: 233–248, Bibcode:1921ApJ....53..233C, doi:10.1086/142602 
  18. Jensen, William B. (2004), "Why Helium Ends in "-ium"" (PDF), Journal of Chemical Education 81: 944–945, Bibcode:2004JChEd..81..944J, doi:10.1021/ed081p944 
  19. Hetherington, Norriss S.; McCray, W. Patrick, Weart, Spencer R., уред., Spectroscopy and the Birth of Astrophysics, American Institute of Physics, Center for the History of Physics, конс. July 19, 2015 
  20. 20,0 20,1 Hale, George Ellery, "The Astrophysical Journal", The Astrophysical Journal 1 (1): 80–84, Bibcode:1895ApJ.....1...80H, doi:10.1086/140011 
  21. The Astrophysical Journal 1(1)
  22. Payne, C. H. (1925), Stellar Atmospheres; A Contribution to the Observational Study of High Temperature in the Reversing Layers of Stars (PhD Thesis), Cambridge, Mass.: Radcliffe College, Bibcode:1925PhDT.........1P 
  23. Haramundanis, Katherine (2007), "Payne-Gaposchkin [Payne], Cecilia Helena", Во Hockey, Thomas; Trimble, Virginia; Williams, Thomas R., Biographical Encyclopedia of Astronomers, New York: Springer, стр. 876–878, ISBN 978-0-387-30400-7, конс. July 19, 2015 
  24. Frontiers of Astrophysics: Workshop Summary, H. Falcke, P. L. Biermann
  25. Roth, H. (1932), "A Slowly Contracting or Expanding Fluid Sphere and its Stability", Physical Review 39 (3): 525–529, Bibcode:1932PhRv...39..525R, doi:10.1103/PhysRev.39.525 
  26. Eddington, A. S. (1988) [1926], Internal Constitution of the Stars, New York: Cambridge University Press, ISBN 0-521-33708-9 
  27. D. Mark Manley (2012). „Famous Astronomers and Astrophysicists“. Kent State University. http://cnr2.kent.edu/~manley/astronomers.html. конс. 17 јули 2015 г. 
  28. The science.ca team (2015). „Hubert Reeves – Astronomy, Astrophysics and Space Science“. GCS Research Society. http://www.science.ca/scientists/scientistprofile.php?pID=213. конс. 17 јули 2015 г. 
  29. „Neil deGrasse Tyson“. Hayden Planetarium. 2015. http://www.haydenplanetarium.org/tyson/. конс. 17 јули 2015 г. 

Дополнителна литература[уреди | уреди извор]

  • Longair, Malcolm S. (2006). „The Cosmic Century: A History of Astrophysics and Cosmology“. Cambridge University Press. 
  • Astrophysics Scholarpedia Expert articles

Надворешни врски[уреди | уреди извор]

Wikibooks
Англиските Викикниги нудат повеќе материјал на тема: